فناوري محققان ايراني در افزايش مقاومت به ضربه‌ در پليمر پلي پروپيلن به کمک نانوذرات

فناوري محققان ايراني در افزايش مقاومت به ضربه‌ در پليمر پلي پروپيلن به کمک نانوذرات

ايسنا/ محققان دانشگاه صنعتي سهند تبريز موفق به ساخت نمونه‌هاي آزمايشگاهي پليمري شده‌اند که مقاومت به ضربه‌ آن به دليل وجود نانوذرات افزايش يافته است. نتايج اين طرح در صورت دستيابي به توليد انبوه مي‌تواند در صنايع مختلف از جمله خودروسازي، پزشکي و الکترونيکي قابل کاربرد باشد.
پلي پروپيلن يکي از پرکاربردترين مواد پليمري است که به طور وسيع در زمينه‌هاي مختلف مهندسي و غيرمهندسي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. با اين حال، اين ماده داراي ضعف‌هايي است که گستره‌ کاربردي آن را محدود مي‌سازد. شکنندگي تحت بارهاي ضربه‌اي مهم‌ترين ضعف پلي پروپيلن است. اين ماده تحت بارهاي ضربه در دماي محيط و همچنين در دماهاي پايين‌تر از دماي محيط به صورت کاملاً ترد مي‌شکند. هدف اصلي از انجام اين کار تحقيقاتي اصلاح و بهبود خواص مکانيکي پلي پروپيلن بوده است.
مجيد مهرابي مزيدي در خصوص نحوه‌ دستيابي به اين هدف عنوان کرد: «در اين طرح از يک فاز لاستيکي به همراه نانوذرات کربنات کلسيم، براي بهبود همزمان مقاومت در برابر ضربه و سفتي ماتريس پلي پروپيلن استفاده شد.»
نتايج حاصل از مطالعات اوليه نشان داده است که با اعمال شرايط فرآيندي مناسب در تهيه‌ محصول و با افزودن نانو ذرات کربنات کلسيم نه تنها مي‌توان ميزان مقاومت در برابر ضربه‌ پلي پروپيلن را افزايش داد، بلکه از افت در ديگر خواص مطلوب و مهندسي ماده‌ حاصل نيز جلوگيري کرد.

اين محقق در توضيح دقيق‌تر نتايج عنوان کرد: «استفاده‌ همزمان از فاز لاستيکي و فاز پرکننده‌ نانومتري کربنات کلسيم ميزان مقاومت در برابر ضربه پي پروپيلن را نزديک به پنج برابر بيشتر از نمونه‌ پلي پروپيلن خالص افزايش داده است. اين بهبود مقاومت در برابر شکست مي‌تواند محدوديت‌هاي موجود براي کاربرد پلي پروپيلن را تا حدودي برطرف ساخته و در نتيجه دامنه‌ کاربرد آن را افزايش دهد.»
لذا در صورت دستيابي به توليد انبوه از اين ماده‌ اصلاح شده مي‌توان در صنايع مختلف از جمله صنايع خودروسازي، پزشکي، ابزارآلات و لوازم خانگي، قطعات الکتريکي و الکترونيکي بهره برد.
به گفته‌ مهرابي مزيدي، در اين کار تحقيقاتي از پليمر لاستيکي آکريلونيتريل-بوتاداين-استايرن به همراه نانو ذرات کربنات کلسيم به منظور اصلاح خواص پلي پروپيلن استفاده شده است. فاز لاستيکي به منظور بهبود استحکام ضربه به کار برده شده است. از طرفي اثر فاز صلب نانومتري (کربنات کلسيم) نيز در افزايش ميزان مدول و سفتي ماده، بهبود استحکام ضربه و همچنين به حداقل رساندن اثرات نامطلوب فاز لاستيکي بر روي مدول و استحکام ماده بوده است. علاوه بر اين خواص، فاز پرکننده‌ نانومتري مي‌تواند به فرآيند پذيري، قالبگيري قطعه، کاهش آب رفتگي قطعه و کاهش هزينه‌ محصول نيز کمک کند.
مکانيزم بهبود مقاومت ضربه‌اي ايجاد شده توسط نانو ذره استفاده شده در اين تحقيق، وقوع فرآيند حفره‌زايي اطراف اين ذرات و آزاد شدن تنش‌هاي متمرکز شده بر روي ماتريس اطراف و همچنين در بين ذرات است که تغيير شکل ماتريس را به همراه دارد.

مطالعه ريزساختار اين نانوکامپوزيت‌ها نشان داده است که پخش بسيار همگن و يکنواختي از نانوذرات در ماتريس پلي پروپيلن وجود دارد. بررسي ساختار نانوکامپوزيت نيز مشخص ساخته که فازهاي پراکنده لاستيکي و نانو ذرات کربنات کلسيم به طور جداگانه در درون ماتريس پلي پروپيلن توزيع شده‌اند. رفتار شکست و ميکرومکانيسم‌هاي چقرمگي در نمونه‌هاي مختلف به کمک ميکروسکوپ الکتروني روبشي از سطح شکست نمونه‌هاي شکسته شده در طول آزمون ضربه مطالعه شده است.
مهرابي مزيدي در پايان گفت: «هم اکنون به طور وسيعي از پليمرهاي لاستيکي بر پايه اتيلن-پروپيلن براي افزايش چقرمگي و مقاومت در برابر شکست پلي پروپيلن استفاده مي‌شود. اين مواد در داخل توليد نمي‌شوند و عمدتاً وارداتي هستند. در حالي که دانش توليد پليمر لاستيکي آکريلونيتريل-بوتاداين-استايرن در داخل موجود بوده و هم اکنون چندين شرکت پتروشيمي آن را توليد مي‌کنند. با اين حال جهت حصول خواص مناسب، استفاده از اين فاز لاستيکي نيازمند به کارگيري يک عامل سازگارکننده نيز هست لذا امکان تجاري سازي اين طرح دور از انتظار نيست.»

اين تحقيقات حاصل تلاش‌هاي مجيد مهرابي مزيدي، دانشجوي دکتراي مهندسي پليمر- صنايع پليمر در دانشگاه صنعتي سهند تبريز، مهندس اميد مومن و مهندس ندا جهانگيري، کارشناسان ارشد مهندسي پليمر-صنايع پليمر از دانشگاه آزاد اسلامي واحد شيراز، است. نتايج اين کار در مجله‌Polymer Bulletin (جلد 72، شماره 11، سال 2015، صفحات 2757 تا 2782) به چاپ رسيده است.

ویدیو مرتبط :
مقاومت لومیا1020 در برابر ضربه